[发明专利]面向航空发动机控制系统产品的快速研制方法

说明书

本发明涉及一种面向航空发动机控制系统产品的快速研制方法，本发明基于数字化模型驱动和SLM增材制造技术相融合的快速研发迭代技术方法，通过建立增材制造使能的高效正向研发模式，打通“设计‑仿真‑制造‑验证‑认证”一体化迭代流程和技术路径，实现航空发动机控制系统产品功能和性能最优化开发与实现；产品的研制周期和成本大幅降低，模型驱动可以解决复杂产品数字化模型高效无缝传递，大大提升产品优化设计迭代效率，研发周期缩短1倍以上；增材制造使能的设计与实现，可实现产品综合减重30%以上，也解决了复杂产品物理样机快速试制实现的“最后一公里”技术问题。

技术领域

本发明涉及一种研制方法，尤其是一种面向航空发动机控制系统产品的快速研制方法，属于航空发动机控制系统研制的技术领域。

背景技术

航空发动机的研制是一项非常复杂的系统工程，其中诸如控制系统等系统级构架由于控制对象的复杂性和控制参数的多样性，在研发过程中仍面临着设计约束多、加工难度大、迭代周期长等问题，制约技术验证迭代成熟。此外，重量是航空发动机研制的重要指标，控制系统的重量大约占发动机重量的15％～20％左右，因此要提高发动机推重比，减轻发动机控制系统的重量是重要途径之一。

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术，亦称3D打印，是一种兼顾精确成形和高性能成形的一体化制造技术，因其具有高柔性、快速成形、不受零件形状复杂程度的约束等优势而深受航空航天领域工程研究人员的青睐。增材制造技术的基本原理为：首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，并分层切片，将零件的三维形状信息转化为一系列的二维轮廓信息，在计算机控制下沿特定路径逐层沉积材料，最终形成零件的三维近净形实体。在选区激光熔融(Selective LaserMelting，SLM)技术中，激光束按特定路径逐层熔化铺展在粉床上特定区域的金属粉末，最终形成形状复杂的零件。

增材制造不仅可以引导创新设计，提高部件与产品性能；而且可以大大减少零件数量，降低产品重量，更使得设计迭代变得更加快速，大大节省研制成本和研发周期。

因此，面向复杂系统产品研制，如何实现缩短型号产品的研制周期、降低新品开发成本，有着非常重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种面向航空发动机控制系统产品的快速研制方法，其可以大幅提升航空发动机控制系统复杂产品研制的效率，降低成本，并可实现显著的减重设计。

按照本发明提供的技术方案，一种面向航空防冻剂控制系统产品的快速研制方法，所述研制方法包括如下步骤：

步骤1、根据航空发动机控制系统的机械液压装置的功能需求，建立所述航空发动机控制系统的一维架构数字化模型；

步骤2、基于等壁厚包络设计方法，依据空间油路分布最佳包络壁厚原则生成三维包络空间，以初步建立机械液压装置的三维结构模型；

步骤3、对上述的机械液压装置的三维结构模型，进行增材制造工艺审查，以实现增材制造与设计协同，达到对上述的机械液压装置的三维结构模型进行修正；

步骤4、在包络空间内采用点阵结构和拓扑优化对上述的三维结构模型进行轻量化的设计，以得到机械液压装置的轻量化三维结构模型；

步骤5、对上述的轻量化三维模型进行场物理场联合仿真与优化，以得到满足设计性能指标的机械液压装置的全局最优结构模型；

步骤6、对上述全局最优结构模型中标注有粗糙度、尺寸精度、位置精度要求的表面进行增材制造(AM)工艺余量设计，并在装配模式下通过数模对比进行工艺余量的添加与审查，以得到所需的工艺余量模型；

步骤7、对工艺余量模型中与水平面夹角小于45°的悬垂结构面及易应力变形位置进行工艺支撑设计，结合SLM工艺45°自支撑特性及悬垂结构面积最小原则构建最优成形方向，根据支撑数据库生成工艺支撑，由此建立工艺支撑模型；